JPH02503365A

JPH02503365A - 位置依存速度フィードバック使用の流体材料吐出装置及び方法

Info

Publication number: JPH02503365A
Application number: JP63503222A
Authority: JP
Inventors: マーケル，ステファン　エル．
Original assignee: ノードソン　コーポレーシヨン
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1988-03-17
Publication date: 1990-10-11
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: WO1988007713A1; AU608838B2; AU1570888A; EP0360809B1; JP2515388B2; DE3883534T2; DE3883534D1; US4842162A; EP0360809A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】位置依　東　フィードバラクイ　の′　　　゛吐出１′″　　び　法聚１聞璽坐 ■夏髪！本件は、１９８７年３月２７日に出願され、「位置依存速度フィードバック使用の流体材料吐出装置及び方法」を発明の名称とする米国特許出願第０７１０３２．０４８号の継続出願である。

又里生立！本発明は流体の流れを制御するシステムに関する。特に、本発明は流量を制御しながら流体材料を吐出する装置及び方法に関する。

回ｌびり１最多くの分野において、流体の流れを正確に制御し、かつ流れの制御パラメータを急速に変更できることは望ましいことである。

このような制御は、流体の流れ特性の変化や供給圧力の変化のような摂動にもかかわらず所定の流量を維持する為に、又は吐出機とワークピース（工作物）との間の相対速度の変化を補償するような急激な流量変化を起こす為に必要となるであろう。

成る種の潤滑剤や接着剤やシーラント等のような粘性流体を吐出する場合には、ワークピースの表面に上記材料をと一ド状に塗布する際にそのと一ド内の材料が単位長さ当り所望の量となるように定めることがしばしば必要となる。高生産方法の場合や材料ピードを高精度に位置決めしなければならない場合に、ロボット腕を使用し、吐出ノズルをワークピースの表面状をプログラムされたパターンで高速真向して材料を塗布することがしばしば行われる。吐出される流体は、用途に応じて、ノズルから成る距離の所に高速流で噴出されるか、それともワークピースに接近配置されたノズルから低速度で押し出されるであろう、いずれの場合でも、ビードに沿った単位置線距離当りの塗布材料量は、吐出ノズルから放出される材料の流量とワークピースに対するノズルの速度との両方に従って変化するであろう。

自動車工業では、自動車ドアに内側パネルを接合する前に、上述の方法を使用してシーラントを一様など一ド状にドアの内部表面の周囲に塗布する。ロボット腕は、パターンの長い直線部分についてはノズルを高速移動する事ができるが、しかしながら、ビードパターンが突然に方向を変える所、例えば、ドアパネルの隅部などでは、ロボット腕は所望のビード位置決め精度を得るには速度を低下しなければないない、吐出流体材料の流量が一定に保たれていると、塗布されたビード内の材料の量は、ロボット腕が方向変化の為に減速されるにつれて増加し、ロボット腕が加速されるにつれて減少することになる。同様に流体供給圧が変化したり流体材料の粘度が変化すると、このような変化はビードの大きさの制御を不可能にしがちである。

これらの問題を解決した装置及び方法が同時係属出願中の米国特許出願第０６／９２４．９４０号に詳細に説明されている。尚、この米国特許は本発明と同一譲受人に譲渡されており、この引用により本明細書の一部を構成するものである。

上述の出願は、特にサーボアクチェエータが流体放出ノズルに接近配置された可変流体計量弁を駆動するタイプの流体吐出方法及び装置を開示している。この弁はニードル弁であり、このニードル弁は、弁座と、この座を通る流れを変化させる為に上記座に対して可動な弁棒とを！（ｉｔする。ノズルの所の圧力センサーは、吐出流体の瞬時の流量に関連する信号を発生する。流れの制御は、閉ループ系に吐出機を接続することによって行われる。この閉ループ系では、アクチュエータが所望の流量を表す駆動信号と流量信号との差に応じて作られた制ｍｔ流によって駆動される。ロボット使用の場合には、上記駆動信号は吐出機を保持するロボットの制御器からの工具速度信号に関連することが好ましく、これによって制御電流は、吐出機と材料の吐出されるワークピースとの間の相対速度がかなり急速に変化している間でさえも、流体材料ビードを一様に維持できるように変化する。

上記引用の特許出願に開示の装置に使用された棒・座壁のニードル弁構成は、面積可変形流れ絞りと称される種類の弁である。

この種の弁には他にゲート弁やシャツタ弁がある。この種の弁は、弁棒と弁座との間の領域のような流れの流通面積を変えることによって流れを調整する。

このような弁は、閉じるにつれてその感度が増大するという固有の特性を有する。即ち、成る割合だけ作動がなされたとき、これに応じた弁の流れ変化の割合は、弁が開弁に近いときよりも閉弁に近いときの方が大きいであろう、これは、幾何学的要因が原因である、即ち成る量だけ作動が行われた時の流れの面積の変化は、弁がその作動範囲の「開放」端の方へ作動させるときよりも「閉止」端の方へ作動されるときの方が大きいという幾何学的要因が原因となっている。

面積可変式流れ絞り形の弁が閉ループ吐出系内の計量弁として使用され、かつこの閉ループ吐出系が計量弁のほぼ閉弁時の流量を含む流量範囲で正確かつ急激に動作しなければならない場合に、この系の性能は上述の特性によって制限を受ける。弁は閉弁付近で高感度になるので、計量弁が閉弁付近のとき系の安定性は低下する。これは、系の作動可能な最大ゲインを制限し、従って系の応答時間を制限するので、弁がその範囲の解放端の方で作動している時の応答時間は、弁がその範囲の閉止端の方で作動している時に安定性を維持するのに必要とされる応答時間よりももっと遅くなる。

１亘■！ぬそこで、本発明の目的は、全作動流量範囲にわたって動作が安定であり、かつ弁の全開付近での応答時間が、閉弁付近での安定性を維持する為にループゲインを小さく定める必要性によって制限されることのない流体材料吐出方法及び装置を提供することである。。

本発明の別の目的は、閉弁されるにつれてフィードバック量を増大することによって弁の全作動範囲にわたって安定性を維持すると共に開弁されるにつれてフィードバック量を減少させることによって高速応答性を維持する流体材料吐出方法及び装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、開弁時及び閉弁時の速度と弁の位置との両方に関連した位置依存速度信号を作り出すことによって、開弁動作につれてフィードバック量を減少しかつ閉弁動作につれてフィードバック量を増大することである。

本発明の別の目的は、位置依存速度信号の大きさが弁の静止時に零でありかつ開弁動作又は閉弁動作の速度の増大につれて増大し、また任意の速度において弁の全開付近での位置依存速度信号の大ｌさよりも「閉止」端付近での位置依存速度信号の大きさの方が大きいような方法及び装置を提供することである。

本発明の別の目的は、弁の走行方向に従って極性が変化する位置依存速度信号を作り、この位置依存速度信号を弁の画定行方向とも弁の移動に抗するように使用することである。

本発明の更に別の目的は、磁石を、コイルに影響を及ぼすようにこのコイルに対して移動可能とし、これらの磁石とコイルとが閉弁動作時に互いに接近移動しかつ開弁動作時に互いに離れる方向に移動するような方法及び装置を提供することである。

これらの目的の為に、本発明の好適実施例は、粘性流体用吐出機をフィードバック制御ループに接続するものである。この吐出機は流体計量弁に接続された電気空気式サーボアクチュエータを有し、この弁は、吐出流体の供給部に接続可能な入口と、吐出ノズルに接続される出口とを具備している。これらの入口と出口との間には、中央オリフィスを有する弁座と、この弁座と保合可能でかつ弁座に対して軸方向に可動な弁棒とが介在されている。この弁棒は、上記サーボアクチェエータに接続され、これによって、サーボアクチェエータへ印加される電気信号に応じて移動される。

弁棒が弁座に接近する方向又は離れる方向に移動すると、この移動は、オリフィスを通る実効流れ面積を変化させて、オリフィスを通る流れを夫々減少又は増大させる。実際の流量はノズルに配置された流量センサーによって測定され、この流量センサーは、フィードバンク制御ループにおいて、第１フイードバツク信号として使用される流量信号を発生する。この第１フイードバツク信号は後述の第２フイードバツク信号に加算され、この合計が所望の流量を表す駆動信号に比較されこれにより制御信号が作られ、サーボアクチュエータに供給される。

本発明は位置依存速度信号を第２フイードバツク信号として使用し、これを上述のように第１フイードバツク信号、部ち流量信号に加算するものである。この信号は、弁座に対する弁棒の速度と位置との両方に関連し、弁棒が弁座に近接作動している時に系の安定性への計量弁の高感度の悪影響を緩和すると同時に、弁がもっと開いた位置で作動している時、即ち感度が落ちている時の系の応答時間の低下を阻止する。

これは、位置依存速度信号を使用して、計量弁棒がその座に非常に接近したときに全フィードバックを増大することによって達成される０位置依存速度信号は、弁棒がその座に対して移動していないときには大きさが零である。また、位置依存速度信号の大きさは弁棒速度の増大に伴い増大し、弁棒速度の減少に伴い減少する。更に、位置依存速度信号の大きさは、任意の速度において、弁棒と弁座との間の距離が減少するにつれて増大し、逆に上記距離が増大するにつれて減少する。このような吐出システムの設計によって弁の感度が低下して系がより安定化している時に系の応答時間が不当に制限されるという事態を回避することができる。

位置依存速度信号の極性は、弁座に対する弁棒の走行方向が反転すると反転し、弁の開弁動作中又は閉弁動作中のいずれであっても弁の移動に常に対抗するように印加される。

上述の特性を具現した位置依存速度信号は、以下のようにして発生される。即ち計量弁の弁棒に対して固定した位置に磁石を取付けると共に弁座に対して固定した位置にコイルを取付けて、これらの磁石とコイルとを弁棒と弁座との相対移動と同様に相対移動させることによって発生される。移動中の磁石の磁束基がコイルによって切断されると、そのコイルに電圧が現れる。この電圧の極性は相対的な走行方向に従って変化する。更に、電圧の大きさは速度と位置の両方の関数として変化する０Ｍ１石とコイルとの間に相対的移動がないときには、コイルによって磁束が切断されないので、信号の大きさは零になる。その移動が起こると、信号の大きさは、磁束がコイルによって切断される割合の変化に従って速度に比例して変化する。こうして、信号は、磁石とコイルとの相対速度が増大すると増大し、それが減少すると減少する。また、信号の大きさは、弁棒と弁座との間の距離に反比例的に変化する。弁棒が弁座に接近すると、磁石もコイルに接近する。磁石の複数の磁束線は、相互の間隔がその磁石の極近い領域では密であり、磁石からもっと離れた領域では疎であるので、信号の大きさは任意の速度において弁座が弁棒から離れている時よりも接近している時の方が大きくなる。こうしてコイルに生ずる電圧は、正に上述したように弁棒と弁座との間の速度及び距離との両方に依存する。

皿里見呈皇ム翌里第１図は本発明に従って構成された吐出装置の好適実施例を概略的に示した断面図である。

第２図は本発明による位置依存速度フィードバックを使用した流体材料吐出システムの好適実施例を示したブロック図である。

又里生用胆星翌里第１図は、本発明による吐出ガンｌＯの好適実施例を示したちのて、このガン１０はＣ字形状のフレーム１１を具備し、このフレーム１１は取付板１２を存し、この取付板１２はロボットの腕（不図示）の工具取付面１３に一本以上の押えネジ１４と位置決メヒン１５とによって固定可能に構成されている。フレーム１１は、アルミ合金のような堅い軽量材料から構成することが好ましく、夫々取付板１２から外方に延在した上部分１６とこれに対向する下部分１７とを更に具備する。このフレーム１１の上部分１６は電気空気式サーボアクチェエータ２０を保持する。、このサーボアクチュエータ２０は種々のタイプの応答性の良い小型軽量のリニアアクチュエータから構成することができるが、複動式空気シリンダ２２を具備することが好ましい、この空気シリンダ２２は往復動可能なピストン棒２３を有し、このピストン棒２３の移動は、自身に固着されたピストン２５の両側の圧力バランスに従って電気作動式空気サーボ弁２４によって制御される。このサーボ弁２４は（図示のように）空気シリンダ２２の側部に配置されている。

フレーム１１の下部分１７は計量弁アンセンブリ２６を保持し、この計量弁アッセンブリ２６は流体入口２８と吐出ノズル２９との間に配置されたニードル弁２７を有する。吐出ノズル２９は自身に螺合接続されたノズル端３０を有し、このノズル端３０は出口３１を有する。

ニードル弁２７は、制御を最良にする為にノズル２９に実際に則して接近配置される。弁２７は弁棒３２と弁座３４とを具備し、この弁棒３２はほぼ円錐状にテーパーの付いた端部３３を有し、弁座３４はこの端部３２に応じたテーパーの付いた上方肩部３５を有する。弁棒３２は、ピストン棒２３に接続され、これにより、弁座３４に対する円錐端３３の位置は、即ちノズル２９から放出される流体の流量は、電気空気式サーボ弁２４の電気入力に応じて制御される。

流量センサ３６はノズル２９から放出される流体の流量に関連した電気流量信号３７を発生する。この流量センサ３６は、ノズル２９の壁に設置された圧力センサを具備することが好ましい。

尚、この圧力センサの位置はニードル弁２７の直ぐ下流側がよい。

後に更に詳述するように、流量信号３７はフィードバックループの第１フイードバツク信号として使用されることが好ましい、このフィードバックループでは、ガンｌＯが所望の流量を表す駆動信号に従ってノズル２９から放出される流体の流量を制御するように接続されている。ロボットに通用する場合には、駆動信号はノズル２９とワークピース（工作物）３９との間の相互速度に応じて変化し、かつロボット制御器から供給され、このような駆動信号によって、吐出機１０によりワークピース３９の表面に塗布されたビードに含まれる単位長さ当りの流体材料量を正確に制御することができる。

リニアアクチュエータ２０は、ジェット・パイプ型やノズル・フランパー型やスプール型を含め、多数の適当な種類の高応答性電気差動式コーホ弁のうちのいずれをも組込むことができる０本発明は、当業者の知識の範囲内であるサーボ弁２４の詳細構造に関するものではないので、このサーボ弁については詳細には説明しない。

第１図に示した好適実施例では、アクチュエータ２０は、複動式空気シリンダ２２を作動するジェット・パイプ型電気空気サーボ弁２４を具備する。このサーボ弁２４はハウジング４２を有し、このハウジング４２にはネジ４４によってネジ付の電気接続器４３が固定支持されている。この接続器４３にはｍ！４５によって一対の直列接続のコイル４６が接続され、これらのコイル４６はアーマチャー５０の両端４９を取囲んでいる。また、アーマチャー５０は、旋回点５′１のまわりに旋回するように取付けられている。中空の逆Ｕ字形状ジエンドパイブ５２は一方の脚部が、空気シリンダ２２のネジ付人口５３と取り外し可能な微粒子捕捉スクリーン、即ちフィルタ５４とを介して約１００ｐｓｉの公称圧力の、圧力調整された空気供給源（不図示）に接続されている。ジェットパイプ５２の反対側の脚部はそのほぼ中央部がアーマ芙ヤー５０に固着されているので、コイル４６が成る極性に励磁されることによってアーマチャー５０が時計方向に旋回されると、ジェットバイブ５２からの流れは、ピストンの上部空間に連通した第１のポート６０の方に向きを変える。同様にコイル４６が逆極性に励磁された時には、アーマチャー５０は反時計方向に旋回してジェットバイブ５２からの流れを、空気シリンダ２２のビストン２５の下方空間に開放した第２のポート６１の方へ向ける。いずれの極性の場合でも、ジェットパイプ５２の振れの程度、従ってボート６０．６１の圧力は、コイル４６に流れる制御電流の大きさに比例する。アーマチャー５０はバネ力によって中央位置に付勢され、磁気力によりバイアス、即ち偏寄されるので、コイル４６が非励磁状態のときはジェットパイプ５２は図示のように中立位置にあり従ってボート６０，６１の圧力は等しくバランスする０図示のような極性の一対の永久磁石６３が磁気バイアスを与える。各磁石６３は空気間隙６５を横切る磁束によってアーマチャー磁界に作用している。この磁束は、図示のように配置された４個の透磁性部材６６を介して間隙６５に達する。

複動式空気シリンダ２２は、アルミ合金製のシリンダ本体７０を具備し、このシリンダ本体７０は、下部フランジ７２を有し、この下部フランジ７２において押えネジ７３によってフレーム１１の上部分１６に固定される。シリンダ本体７０は、軸方向シリンダ孔７５の外に第１及び第２ポート６０．６１と、ネジ付の空気供給入口５３と、フィルタ５４とを具備する。孔７５内には、ピストン棒２３に接続されたピストン２５が収容され、このピストン２５には対向する一対のカップシール７８が取付けられている。ピストン２５の上方の孔７５の空間は第１ポート６０に連通し、ピストン２５の下方の空間は第２ボート６１に接続されている。ピストン２５がニードル弁２７を駆動する方向及び速度はポート６０と６１の間の差圧、即ちピストン２５の両側の圧力差によって決まる。上述のように、この圧力差はコイル４６に流れる制ｗＩｔ流に起因するジェットパイプ５２の振れによつて決定される。

ピストン２５はシリンダ孔７５の下端においてキャップ８０によって抜は止めされ、ピストン棒２３の下部２３ａはこのキャンプ８０を貫通している。キャンプ８０は、空気の漏洩を防止する為に、ピストン棒２３の所に内部カップシール８１を有すると共に、キャンプ８０の外表面とシリンダ孔７５との間に外部Ｏリングシール８２を有する。このカップシール８１はスナップリング８３によってキャップ８０内に保持され、キャップ８０内体はスナップリング８４によってシリンダ孔７５の端部に保持されている。スナップリング８４はシリンダ本体７０の壁の下部に刻設された溝８４ａに係合している。シリンダ本体７０の上部分の構造は、本発明にとって非常に重要な部分であるので、後述する。

計量弁アッセンブリ２６は第１図に示されたような構造の堅い、非再とう性の弁本体８５を具備し、この弁本体８５は金属製とすることが好ましく、この下端にはノズル通路８６が形成されている。このノズル通路８６の下端はネジが刻設され、放出出口３１を有する所望形状の流れ制限用ノズル端３０が螺合結合される。

通路８６には、一本以上のネジ付孔が半径方向に交差し、これらのネジ付孔の一つには流量センサ３６が取付けられ、その他のネジ付孔は栓９０によってシールされている。弁本体８５は、ノズル２９の直ぐ上流の所であってこのノズル２９に実際上極く近接した位置にニードル弁２７を収容し、このニードル弁２７は前述したように弁座３４と弁棒３２とを具備し、この弁棒３２の円錐状端３３は弁座３４にかん合可能である。弁棒３２は、サーボ・アクチュエータ２０の制御の下で、弁座３４に近接する方向及び　　゛そこから離れる方向に可動なように後述の方法でピストン棒２３に接続されている。寿命を長くする為には、弁棒３２と弁座３４の両方を焼結タングステンカーバイドのような硬質材料から作ることが好ましい、流体供給入口２８はニードル弁２７の上流側において弁本体８５に入り込んでいる。この入口２８にはネジが刻設されているので、ホースが吐出すべき流体材料の加圧供給源（不図示）に取付けられることができる。

弁本体８５は、覆い体９７の下端に螺合し、０リングシール９８によって覆い体９７に対してシールされている。覆い体９７は内部のパツキン押え（パフキングランド）９９を具備し、このパツキン押え９９は複数個の環状ＰＴＦＥ製パツキンシール１００を保持している。シール１００は、覆い体９７の上面内に螺合した調整可能なパツキン押えナフト１０１によって弁棒３２のまわりに、シール状態かつ非結合圧縮状態で保持されている。

計量弁アッセンブリ２６をフレーム１１に取付ける為に、覆い体９７はフレーム１１の延長下部１７に挿通し、所望の角度位置になるように止めナツト１０２によって延長下部１７に固定されている。この特徴は、例えば、流体入口２８に接続する流体供給ホース（不図示）が構造物の邪魔となる場合に、有効である。この場合には、止めナツト１０２を緩めて弁本体８５を異なった角度位置まで回転すれば、上述の邪魔状態を避けることができる。

計量弁アッセンブリ２６は、継手１０５によってアクチェエータ２０のピストン棒２３に接続され、この継手１０５はネジ付の軸方向孔１０６を有し、この軸方向孔１０６には、ピストン棒２３の下端が螺合されている０ｗｔ手１０５の下端はネジ付の凹部１０７を有し、この凹部１０７にはブツシュ１０８が挿入されている。このブッシェ１０８は軸方向孔１０９を有し、この軸方向孔１０９には弁棒３２の上端が挿入され圧入によってそこに固着されている。アレン（Ａｌｉｅｎ）ヘッド型の止めネジ１１０は、継手１０５とピストン棒２３との螺合が解かれることを防止しいてる。

尚、この止めネジ１１０は孔１０６内に螺合され、図示のようにピストン棒２３の端面に加圧係合している。

ガンｌＯは、フェイルセーフ（危険防止）の為に、圧縮バネ１１５が設けられ、この圧縮バネ１１５は、もしアクチュエータ２０への制御信号、即ち空気の供給が中断されたときに、弁２７を閉止するように働き、これによりガン１０から流体が無制御に流出することを防止する。バネ１１５は継手１０５に設けられた環状肩部１１６とキャップ８０との間に圧縮されている。

流量センサ３６はノズル２９から吐出される流体の流量を表す流量信号３７を発生可能な任意の適宜のセンサを使用することができる。レイノズル数が小さい粘性ニュートン流体の流れは、流路中のノズル又は管状絞りにおける圧力降下にほぼ線形比例する。

従って、センサ３６として、ニードル弁２７の直ぐ下流の通路８６の内側部位での流体圧力を時々刻々検知するように配置された歪ゲージ式圧力変換器を使用すれば、ノズル２９での圧力降下を検出することができる。この目的に通した圧力変換器の一例はオハイオ（Ｏｈｉｏ）州のコロンバス（Ｃｏｌｕ■ｂｕｓ）のセンソチック（Ｓｅｎｓｏｔｅｃ）社製のモデルＡ２０５である。

本発明によると、吐出ガン１０は更に位置依存速度信号１２０を発生する変換器アッセンブリ１１９をｉｌ、Ｕｆ！シている。この変換器アッセンブリ１１９は図示のようにシリンダ本体７０の上に配置された軟鋼製又はその他の透磁性材料製の上部キャップ１２１を具備する上部キャップ１２１は軸方向孔１２２を有し、ピストン棒２３の上部はこの軸方向孔１２２を貫通している。更に上部キャンプ１２１の外側環状溝１２４にはＯリング１２３が保持され、孔７５からの空気の漏洩をシールする。ピストン棒２３の周囲からの空気漏洩はカップシール１２６によって阻止される。このカップシール１２６はキャップ１２１の凹部１２７内に配置され、スナップリング１２８によってそこに保持されている。キャンプ１２１の外方突出小フランジエ３０の上方にはスナップリング１２９が取付けられ、このスナップリング１２９によってキャンプ１２１がシリンダ本体７０の内部に保持されている。フランジ１３０はシリンダ本体７０の段差凹部１３２内に入り込んでおり、これによって、キャンプ１２１が孔７５内に摺動下降するのを防止している。キャップ１２１の上方側部は、円筒状空所１３３を有し、この空所１３３の長手軸は孔７５の長手軸とピストン棒２３とに整合している。キャップ１２１は、空所１３３と凹部１２７との間に内方突起１３１を有し、この内方突起１３１は充分な磁路を形成するように横断面積が充分大きく定められている。

突起１３１とピストン棒２３との間の空気間隙は十分の数インチ（数／１０００インチ）以下にすべきである。

空所１３３内にはボビン１３５に巻かれたコイル１３４が配置され、このボビン１３５はプラウエア（Ｄｅｌａｗａｒｅ）州のウィルガントン（ＷｉｌｍｉＢｔｏｎ）のデュポン社（Ｄｕｐｏｎｔ　Ｃｏｍｐａｎｙ）製の強化ナイロンであるデルリン（ＤＥＬＲＩＮ）のようなプラスチック材料が使用される。

ボビン１３５は軸方向孔１３６を有し、この軸方向孔１３６もピストン棒２３に軸方向に一致している。ボビン１３５は充分に滑らかであり、孔１３６は充分な空隙を有するので、ピストン棒２３は大きな摩擦抵抗無しに軸方向に自由に往復動する。コイル１３４はボビン１３５に単層状に１０００巻された＃３８Ａ、Ｗ。

Ｇ（アメリカ線径ゲージ）マグネットワイヤから成る。このコイルのリード線端１３７．１３８はボビン１３５からキャンプ１２１の小さな槽１３９を通って延びている。この槽１３９はリード線１３７．１３８を機械的に保護する電気的ボッティング化合物（埋込用樹脂）で充填されている。これらのリード線１３７．１３８は、２部品製のプラグ型電気コネクタ１４０の端子に半田やその他の適宜な手段によって電気的に接続されている。コネクタ１４０は保護用金属ハウジング１４１の壁に取付けられ、このハウジング１４１はシリンダ本体７０にネジ又はその他の公知の手段（不図示）によって固着されている。

ピストン棒２３の上端には、軟鋼又はその他の透磁性材料製のリング形状アーマチャー１４５が螺合されている。図示のようにアーマチャー１４５の背後のピストン棒２３にはよめナフト１４６が螺合され、この止めナンド１４６はアーマチャー１４５の緩みを防止する。アルニコ（Ａｌｎｊｃｏ）やセラミックやセラミックプラスチック磁気材料のリング形状の永久磁石１５０が、コイル１３４に面するアーマチャー１４５の一方側に取付けられている。この磁石１５０は、第１図に図示した極性を有し、その磁束密度が約２．２００ガウスである。アーマチャー１４５は、磁石１５０の内径とかん合可能な円周段差１５１をその周囲に具備することが好ましい、これにより、磁石１５０は、エポキシ又はその他の適当な接着剤（不図示）の薄層によってアーマチャー１４５の段差１５１に固着される０機械的保護の為に、コイル１３４のリード線１３７．１３８は、磁石１５０やアーマチャー１４５や止めナンド１４６やピストン棒２３のような往復動可能な部材から、両者間に介在された絶縁材料製の円筒状囲い板１６０によって隔離されている。囲い板１６０ば、リード線１３７．１３８を確実に上述の可動部材から隔離するようにハウジング１４１内部に保持され、リード線１３７．１３８の短絡や切断などを回避できるのであれば、周囲の構造体に固着する必要上述の説明から分かるように、コイル１３４は弁座３４に対して常時一定位置に保持されている。同様に、磁石１５０は、弁棒３２に機械的に一体的に連結されているのでその弁棒３２の円錐端３３に対して常時一定位置に保たれている。更に、アクチュエータ２０のピストン２５によって弁棒３２が弁座３４に対して軸方向に移動されると、これと同一の相対的軸方向移動が磁石１５０とコイル１３４との間にも生ずる０本実施例では、棒３２と磁石１５０の全走行範囲は約５／１６インチである。弁棒３２の円錐端３３が弁座３４の上方肩部３５に着座して弁２７が完全に閉弁されると、上部キャップ１２１の上面１２１ａと磁石１５０との間には１０／１０００インチ未満、好ましくはたった１／１０００〜２／１０００インチの空気間隙が生ずる。この間隙は、磁石１５０の底が端キャップ１２１に先に接触することなく、弁２７の完全な閉弁が可能になることを保証するものであり、ガン１０の諸部材の生産上の公差が許容する程度の小さい値に決めるべきである。磁石１５０の磁束は、磁石１５０とアーマチャー１４５との間のエポキシ薄層と、捧３２と座３４との相対距離に応じて変化する空気間隙１６２とを除けば、透磁性材料から成る閉路を形成する。即ち、磁石１５０の磁束はアーマチャー１４５を通ってピストン棒２３に入り、小空気間隙を横切ってキャンプ１２１の突起１３１に入り、キャンプ１２１０本体を通って、可変空気間隙１６２を横切って磁石１５０に戻る。

この作用は次の通りである。コイル１３４と磁石１５０との間の相対的軸方向移動は、弁座３４と弁棒３２の円錐端３３との間の相対的軸方向移動に対応しており、この相対的軸方向移動が起こると、コイル１３４に電圧が誘導され、これは位置依存速度信号１２０となる。この信号１２０は、弁２７が閉弁方向に移動中（即ち、棒３２と座３４との間の距離が減少しているとき）には、成る極性となり、弁２７が開弁方向に移動中（即ち、棒３２と弁３４との間の距離が増大しているとき）には、反対の極性となる。

位置依存速度信号１２０の大きさは、棒３２と座３４との相対速度に応じて正比例的に変化する。即ち、任意の弁位置において、信号１２０は速度の増大につれて大きくなり、速度の減少につれて減少する０位置倣存速度信号１２０の大きさは、また棒３２と座３４との間の距離に応じて反比例的に変化して、任意の弁位置において、上記距離の増大につれて減少し、逆に上記距離の減少に応じて増大する。また、位置依存速度信号１２０は、棒３２と座３４との相対速度が零の時に信号１２０の大きさも弁位置に無関係に零になるという特性を有している。

更に、本発明によると、ガン１０は第２図を参照して以下に説明するように、電子制御器２００に接続され、高応答性の閉ループサーボ制御系を構成することができる。この閉ループサーボ制御系は、第１フイードバンク信号として流量信号３７を、第２フイードバンク信号として位置依存速度信号１２０をそれぞれ使用し、ノズル２９から吐出される流体の流量を制御ｉｌする。

吐出ガン１０はロボットの工具取付面１３に保持され、ロボント制御ｎ器（不図示）のプログラムによりワークピース３９の表面の上方でノズル２９を案内してそこに流体と一ドを所望パターンに吐出する。ガン１０の計量弁アッセンブリ２６の流体入口２日は、ワークピース３９に吐出される加圧流体を連続的に供給する供給源（不図示）に接続されている。前述したように、流量センサ３６はノズル２９での圧力降下を連続的に検知して、ノズル端３０の出口３１から放出される流体の流量に関連した流量信号３７を発生する。この信号３７は前置増幅器２１０に入力されそこで増幅されて増幅された流量信号２１１を発生する。変換器１１９のコイル１３４のリード線１３７．１３８は、夫々阻止コンデンサ１７０に直列接続されコイル１３４に生ずる電圧の直流成分を取り除くと共に、更に更動増幅器１７４の正入力部１７２と負入力部１７３とに夫々接続され片端接地（ｓｉｎｇｌｅ−ｅｎｄｅｄ）の位置依存速度信号１２０ａを発生する。増幅器１７４は、コイル１３４の負荷に実質的にならないように高入力インピーダンスであり、かつそのゲインは固定ゲインｌＯである。流量信号２１１は、第１フイードバツク信号として総和接続器２１３の負入力部２１２に送られ、位置依存速度信号１２０ａは第２フイードバツク信号として総和接続器２１３の別の負入力部２１２ａに送られて、流量信号として代数加夏される。

流量信号２１１は総和接続器２１３の負入力部２１２に入力されると同時に比較器２１５の第１入力部２１４にも入力される。

この比較器２１５の第２人力部２１６には選択可能な一定参照電圧ＶＲＥＦ１が入力され、比較器２１５の出力２１７はディジタルの「圧力オーバーレンジ」信号２１８を発生し、この信号２１Ｂはロボット制御器に入力される。もし出力信号２１１の大きさがＶＲＥＦＩを越えた場合には、ディジタル「圧力オーバーレンジ」信号は論理ｌの値となる。このような事態は、例えばニードル弁２７が開き過ぎた場合に生ずる。この場合には、ロボット制御器は、故障表示を行うか、システムを停止するか又はその他の適宜の動作を行うようにプログラムすることができる。

総和接続器２１３は更に正入力部２１９を具備し、この正入力部２．１９には駆動信号２２２が入力される。第２図の実施例にあっては、駆動信号２２２はロボットからの工具速度信号２２８に従って増幅器２２７によって発生される。工具速度信号２２８は、ロボット制御器から送られて来る信号であって、ワークピース３９に対するガンｌＯの走行速度に応じて変化する。信号２２８のゲインは、所望の流量が走行速度の関数となるように選択された工具速度マルチプライアを介してロボット制御器によって調整可能である。

増幅器２２７は演夏増幅器であり、この増幅器のゲインは工具速度信号２２８を所定の比率で増減するように選定され、これによって駆動信号２２２は回路の残部に適合可能な範囲内に入る。

増幅器２２７は、精密リミッタとして接続することが好ましく、これにより、増幅器２２７への入力が零ポルトと調整可能なスレッシュホールド電圧との間にあるとき、駆動信号は、ニードル弁２７を閉弁する方向の電圧になる。典型的には、上述のスレッシュホールド電圧は、工具速度信号２２８が約５０ｍＶ以下の時にニードル弁２７が閉弁駆動されるように、調整される。これによって、工具速度信号２２８が存在しないかそれとも非常に小さい時には、ニードル弁２７を必ず閉弁駆動する負のバイアス電流がサーボ弁２４に供給されるので、ニードル弁２７での漏洩が防止される。

総和接続器２１３はアナログの誤差信号２３０を出力し、この誤差信号２３０の大きさと極性は、駆動信号２２２と、流量信号２１１と位置依存速度信号１２０ａの合計との代数差に等しい。

誤差信号２３０は増幅器２３１に送られ、この増幅器２３１のゲインは系のスティフネスが最適化するように調整されている。増幅器２３１の出力信号２３２は補正回路２３４に送られ、この補正回路２３４は出力信号２３９を発生する。補正回路２３４は、閉ループ系の応答性を安定化する為と、行き過ぎ量（オーバーシェード）を最小にした状態で応答速度を最大にする為に、標準的な制御法に基づき設計・調整されている。信号２３９は比較器２４２の第１人力部２４１と電流ドライバー２４０とに送られる。

比較器２４２は第２人力部２４３と出力部２４４とを具備し、この第２人力部２４３には選択可能な一定の参照電圧ＶＲＥＦ２が入力され、出力部２４４はディジタルの「弁才−バーレンジ信号」の２４５を出力する。信号２３９の大きさがＶＲＥＦ２を越えた場合には、ディジタルの「弁才−バーレンジ」信号が論理１の状態になる。このような状態は、例えば吐出ガン１０への流体の供給が遮断された場合や供給圧力が不充分で駆動信号２２２によって課せられた要求を満たせない場合に生ずるであろう、「弁才−バーレンジ」信号２４５は、「圧力オーバーレンジ」信号２１８と同様に、ロボット制御器に送られる。このロボット制御器は、このとき、故障表示を行うか、システムを停止させるか、それとも修正動作を開始させるようにプログラムすることができる。

電流ドライバー２４０はアナログの制御電流信号２４６を発生し、この信号２４６はサーボ弁２４のコイル４６に印加される。

この印加によって、ジェットパイプ５２は、制御電流信号２４６の大きさ及び極性に応じて第１ボート６０又は第２ポート６１の方に向きを変えて、空気シリンダ２２のピストン２５を下降又は上昇移動させる。このピストン２５の下降移動により計量弁アンセンブリ２６のニードル弁２７が閉弁方向に動作され流体の流れを減少させる。他方、ピストン２５の上昇移動はニードル弁２７を開弁動作して流体の流れを増大させる。

流量信号３７の極性は、次のように選定されている。即ち、信号３７の大きさが増大するにつれて制御信号２４６が弁２７を閉弁方向に動作し、かつ信号３７の大きさが減少すると制御信号２４６が弁２７を開弁方向に駆動するように、選定されている。

同様に、増幅器１７４に印加される信号１２０の極性は、常に弁棒３２の移動に抗するように定められている。即ち、位置依存速度信号１２０ａの極性は、棒３２が座３４から離れる方向に移動するにつれて制御信号２４６が棒３２を座３４の方に移動させ、逆に弁２７が閉弁方向に駆動されて棒３２が座３４の方へ移動するにつれて制御信号２４６が弁２７を開弁方向に駆動するように、定められている。

運転が行われると、この系は閉ループサーボ系として作用する、即ち流量センサ３６により検知されるようなノズル２９での圧力降下に応答しかつ位置依存速度信号１２０ａによって示されるような座３４に対する棒３２の位置と速度とに応答する閉ループサーボ系として作用する。ニードル弁２７が閉弁した初期状態では、流体の流れはなく、ノズル２９での圧力降下は零である。工具速度信号２２８が増幅器２２７のスレッシュホールド電圧よりも小さい場合には、増幅器２２７は所定の極性及び大きさの駆動信号２２２を発生し、この駆動信号によって、ジェットバイブ５２を第１ポート６０の方へ振れさせる制御電流２４６が発生する。この制御電流によってピストン２５は下降状態に保持され、ニードル弁２７が閉弁状態に付勢保持されるため漏洩が防止される。この状態は、工具速度信号２２８が上昇し流れの開始を表す増幅器２２７のスレッシュホールド電圧を越えるまで、維持される。この信号の上昇が起こると、駆動信号２２２は極性が反転する。初期状態では流れは存在しないので、流量信号２１１は値が零である。また、初期状態では棒３２と座３４との相対的運動がないので、位置依存速度信号１２０ａも零である。従って、誤差信号２３０は、大きさが駆動信号２２２と、流量信号２１１と位置依存速度信号１２０ａとの合計との差によって決まるため、制御電流２４６はジェットパイプ５２を第２ボート６１の方へ振らす極性でコイル４６に印加される。これに応じてピストン２５は上昇移動を開始し、弁棒３２の円錐端３３を弁座３４から持ち上げてニードル２７を開弁させる。この移動が起こると、位置依存速度信号１２０ａは棒３２の移動を抑える極性の非零の値になる。圧力変換器３６によって発生される圧力信号３７が弁２７の開弁に応じて増大するにつれて、誤差信号２３０と制御電流２４６は共に減少するようになり、ジェットパイプ５２が中立位置の方へ移動して位置依存速度信号１２０ａの大きさが減少して零になる。ノズル２９での圧力降下が所望の流量に対応した定常状態値に近づくと、ジェットパイプ５２によって弁２７０開弁度がノズル２９の圧力降下を上記値に丁度維持する値に保たれる。

駆動信号２２２が吐出器１０とワークピース３９との相対速度の変化に起因して変動するか又は流量信号２１１が流体の粘性の変化や流体供給圧力の変化などの理由で変動すると、位置依存速度信号１２０ａは系の安定性を維持するように働く、これを詳述すると、これは、全フィードバック量、即ち信号２１１と１２０ａの合計を全ループゲインの減少を必要とせずに安定性を確保できる量だけ増大させることによって行われる。この付加されるフィードバンク量は弁２７の位置とその速度の両方に依存するので、弁２７の安定性が低下傾向にある時、即ち弁２７が高速で及び／又はその弁の作動範囲の「閉止」端付近で作動している時には、フィードバック量が多くなる。逆に、弁２７の安定性がより太き（なる傾向にある時、即ち弁　２７が低速で、及び／又は全開位置付近で作動する時にはフィードバンク量が比較的少なく、従って応答時間が早くなる。これにより、系はより大きいループゲインで弁２７の全範囲にわたって安定に作動することができる０例えば、第２図の系は、位置依存速度信号１２０ａが遮断された状態の同一系よりも５倍も大きい増幅器２３１のゲインの下で全範囲にわたって安定に作動することができる。吐出される流体が特別の流れ特性を有する場合には特に流体の粘性が高くなく又はせん断感応性（ｓｈｅａｒｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）だ高くない場合には、もっと大きいゲインでの作動が可能であることが判明した。これらの利点及びその他の利点は、本明細書の図示を知った当業者には明らかになるであろう。

上述の説明は本発明の装置及び方法の好適実施例に関するものであるが、本発明はこの好適実施例に限定されるものではないし、また当業者には、本発明の上述の開示からして種々の実施例が存在することも明らかであろう、従つて、以下に記載された請求の範囲に指摘されかつ明確に請求された本発明の法的全範囲から逸脱することなく上述の実施例は、色々な変更が可能である。

国際調査報告国際７査報告　　　。５８８００８８４Ｓ＾　　　２１７１７

Claims

【特許請求の範囲】

１．流体材料を吐出する装置であって：（ａ）流体源に接続可能な入口と；（ｂ）上記入口の下流側に位置し、上記液体を放出するノズルと；（ｃ）上記入口と上記ノズルとの間に配置され、座と液体材料の流れを調整する為にこの座に対して軸方向に可動な棒とを含む計量弁と；（ｄ）上記計量弁に接続され、上記弁座に対して上記弁棒を軸方向に相対的に移動させるアクチュエータと；（ｅ）上記ノズルを通る流体の流量に関連する流量信号を発生する第１変換器と；（ｆ）上記計量弁に接続され、上記座に対する上記棒の相対速度と相対位置の両方に関連した位置依存速度信号を発生する第２変換器と；を具備する装置。
２．上記位置依存速度信号の大きさは、上記棒と上記座との間の相対速度が増大するにつれて増大し、任意の上記相対速度において、上記位置依存速度信号の大きさは、上記棒と上記座との間の相対距離が大きい時よりも小さい時の方方が大きい請求の範囲１記載の装置。
３．上記位置依存速度信号は、上記相対速度が零の時、零である請求の範囲２記載の装置。
４．上記装置は、上記アクチュエータに電気的に接続されかつ制御信号を発生する制御器を更に具備し、上記アクチュエータは上記制御信号に応答し上記流体の洩れを制御し、上記制御信号は上記位置依存速度信号と上記流量信号とに関連する請求の範囲１記載の装置。
５．上記装置は所望の液量に関連した駆動信号を発生する駆動信号発生号器を更に具備し、上記制御信号は上記流量信号と上記位置依存速攻信号と上記駆動信号とに関連する請求の範囲４記載の装置。
６．上記制御信号は上記流量信号と上記位置依存速度信号の合計と上記駆動信号との差に関連する請求の範囲５記載の装置。
７．上記第２変換器はコイルと磁石とを具備し、上記磁石と上記コイルは互いに接近する方向及び離間する方向に可動であり、上記磁石の位置は上記棒と上記座との一方に対して固定され、上記コイルの位置は上記棒と上記座との他方に対して固定され、これにより、棒と上記座とが互いに接近移動するにつれて上記コイルは上記磁石の磁界中に深く入り込み、かつ上記棒と上記座とが互いに離れるように移動するにつれて上記コイルは上記磁界から引込むようになり、これによって上記コイルに対する上記磁石の作用に応じて上記位位置依存速度信号が発生する請求の範囲１記載の装置。
８．ノズルを通る流体の流れを制御する方法であって：（ａ）上記ノズルを流れる流れを調整する為に第２部材に対して可動な第１部材を含む計量弁を、上記ノズルに至る流路中に配置する工程と；（ｂ）上記第２部材に対する上記第１部材の速度と上記第２部材に対する上記第１部材の位置との両方に関連した位置依存速度信号を発生する工程と；（ｃ）上記流体の流量に関連した流量信号を発生する工程と；（ｄ）少くとも上記位置依存速度信号と上記流量信号とから制御信号を作る工程と；（ｅ）上記制御信号に従って上記第２部材に対する上記第１部材の位置を定めて上記ノズルからの流体の流れを制御する工程と；を具備する方法。
９．ノズルを通る法体の流れを制御する方法であって；（ａ）上記ノズルを通る流れを調整する為に第２部材に対して可動な第１部材を含む計量弁を、上記ノズルに至る流路中に配置する工程と；（ｂ）上記第２部材に対する上記第１部材の速度と上記第２部材に対する上記第１部材の位置との両方に関連した位置依存速度信号を発生する工程と；（ｃ）上記流体の流量に関連した流量信号を発生する工程と；（ｄ）駆動信号を発生する工程と；（ｅ）少なくとも上記位置依存速度信号と上記流量信号と上記駆動信号とから制御信号を作る工程と；（ｆ）上記制御信号に従って上記第２部材に対する上記第１部材の位置を定めて流体の流れを制御する工程と；を具備する方法。
１０．ノズルを通る流体の流れを制御する方法であって；（ａ）上記ノズルを通る流れを調整する為に第２部材に対して可動な第１部材を含む計量弁を、上記ノズルに至る流路中に配置する工程と；（ｂ）上記第２部材に対する上記第１部材の速度と上記第２部材に対する上記第１部材の位置との両方に関連した位置依存速度信号を発生する工程と；（ｃ）上記流体の流量に関連した流量信号を発生する工程と；（ｄ）駆動信号を発生する工程と；（ｅ）上記駆動信号を、上記流量信号と上記位置依存速度信号との合計と比較して制御信号を作る工程と；（ｆ）上記制御信号に従って上記第２部材に対する上記第１部材の位置を定めて法体の流れを制御する工程と；を具備する方法。
１１．上記速度が所定の値のとき、上記位置依存速度信号の大きさは上記第１部材と上記第２部材との間の距離が減少するにつれて増大する請求の範囲８記載の方法。
１２．流路を通る流体の流れを制御する装置であって；（ａ）上記流れを調整する為に第２部材に対して可動な第１部材を含む計量弁と；（ｂ）上記計量弁に接続され、上記第２部材に対する上記第１部材の速度と上記第２部材に対する上記第１部材の位置との両方に関連した位置依存速度信号を発生する変換器と；（ｃ）上記変換器に接続され、少なくとも上記位置依存速度信号から制御信号を作る制御器と；（ｄ）上記制御器と上記計量弁とに接続され、上記制御信号に従って上記第２部材に対して上記第１部材の位置を定めて上記流体の流れを制御するアクチュエータと；を具備する装置。
１３．流路を通る流体の流れを制御する装置であって；（ａ）上記流れを調整する為に第２部材に対して可動な第１部材を含み、上記流路に配置された計量弁と；（ｂ）上記計量弁に接続され、上記第２部材に対する上記第１部材の速度と上記第２部材に対する上記第１部材の位置との両方に関連した位置依存速度信号を発生する変換器と；（ｃ）上記流路に配置され、上記流体の流量に関連した流量信号を発生する流量センサーと；（ｄ）上記変換器と上記流量センサーとに接続され、少なくとも上記位置依存速度信号と上記流量信号とから制御信号を作る制御器と；（ｅ）上記制御器と上記計量弁とに接続され、上記制御信号に従って上記第２部材に対して上記第１部材の位置を定めて上記流体の流れを制御するアクチュエータと；を具備する装置。
１４．流路を通る流体の法れを制御する装置であって；（ａ）上記流れを調整する為に第２部材に対して可動な第１部材を含み、上記流路に配置された計量弁と；（ｂ）上記計量弁に接続され、上記第２部材に対する上記第１部材の速度と上記第２部材に対する上記第１部材の位置との両方に関連した位置依存速度信号を発生する変換器と；（ｃ）上記流路に配置され、上記流体の流量に関連した流量信号を発生する流量センサーと；（ｄ）所望の流量に関連した駆動信号と上記変換器と上記流量センサーとに接続され、上記駆動信号と、上記流量信号と上記位置依存速度信号の合計との差に従って制御信号を作る制御器と；（ｅ）上制御器と上記計量弁とに接続され、上記制御信号に従って上記第２部材に対して上記第１部材の位置を定めて上記流体の流れを制御するアクチュエータと；を具備する装置。